多功能六位电子钟项目设计方案

1 多功能六位电子钟项目设计方案 第一部分 设计任务 计题目及要求 功能六位电子钟 设计制作一个多功能六位电子钟。 体电路逻辑图 体电路图 原理方框图如图（ 1）： 图（ 1）六位电子钟原理方框图 示电路原理 R S R X D ) P 3 T X D ) P 3 A L 24X T A L 15( I N T 0) P 3 I N T 1) P 3 T 0 ) P 3. 48( T 1 ) P 3. 59G N A I N 0)12P 1 A I N 1)13P 1 c T 89 C 2 05 1 H 0 0 5 D 1 D 2 D 32222222R 1 01 11 21 31 41 51355 V + 5 V + 5 V + 5 V + 5 V + 5 e c b a f g d e c b a f g d e c b a f D+ 5 V + 5 72 82 65. 1 L W E D+ 5 DV i o 8 L 05G N u F+ 5 2 2 D+ 5 钟 秒钟R 3 R 9 2 20 2 显示部分主要器件为 3 只两 位 一体 共阳 极 数码管，驱动采用 三极管驱动，各端口配有限流电阻，驱动方式为 动态 扫描，占用 口 ，段码由 出 。冒号部分采用 4 个 红色发 光 二极管 ，驱动方式为独立端口 动。 共阳极 码管 的内部结构原理图： 图 4阳极 码管的内部结构原理图 码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数位，因此根据 码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的 I/者使用如 二 器 *进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用 I/O 埠多，如驱 动 5 个数码管静态显示则需要 5 8 40 根 I/O 埠来 3 驱动，要知道一个 89片机可用的 I/O 埠才 32 个呢。故实际应用时必须增加 *驱动器进行驱动，增加了硬体电路的复杂性。 数码管动态显示介面是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的 8 个显示笔划 a,b,c,d,e,f,g,的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 加位元选通控制电路，位元选通由各自独立的 I/O 线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出 字形，取决于单片机对位元选通 电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。 透过分时轮流控制各个 码管的 ，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位元数码管的点亮时间为 1 2于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的 I/O 埠，而且功耗更低。 图 4码管正面个字段引脚 盘原理： 如下图； 按键 用复用的方式与显示部分的 4 复用。其工作方式为，在相应端口输出高电平时读取按键的状态并由单片机 消除 抖动并赋予相应的键值。 响电路及输入、输出电路原理 如下图示； 迅响电路由有源蜂鸣器和 三极管组成。其工作原理是当 三极管导通后有源蜂鸣器立即发出定频声响。驱动方式为独立端口驱动，占用 口。 输出电路 是与迅响电路复合作用的，其电路结构为有源蜂鸣器， 值电阻针 联。当有源蜂鸣器无迅响时 出低电平，当有源蜂鸣器发出声响时 出高电平， 接入数字电路等各种需要。驱动方式为迅响复合输出，不占端口。 输入电路是与迅响电路复合作用的，其电路结构是在迅响电路的 三极管的基极电路中接入排针 脚排针可改变单片机 I/O 口的电平状态，从而达到输入的目的。驱动方式为复合端口驱动，占用 口。 片机系统： 5 本产品采用 了单片机 核心器件 ，并配合所有 的外围 电路，具有上电复位的功能，无手动复位功能。 低电压 ,高性能 8位 型计算机。如图 示。它采用 高密非易失存储技术制造并和工业标准 51 指令集和引脚结构兼容。通过在单块芯片上组合通用的 闪速存储器 ,一强劲的微型计算机 ,它对许多嵌入式控制应用提供一高度灵活和成本低的解决办法。 引脚 功能 行输入端口 ) 行输出端口 ) 中断 0) 中断 1) 时器 0 外部输入 ) 时器 1 外部输入 ) 6 码显示单元电路的介绍 方框图如图（ 2）： 图（ 2）译码显示电路 译码电路的功能是将秒、分、时计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。用与驱动 段数码管的译码器常用的有 7474 译码器 /驱动 器，输出高电平有效，专用于驱动 段共阴极显示数码管。若将秒、分、时计数器的每位输出分别送到相应七段译吗管的输入端，便可以进行不同数字的显示。在译码管输出与数码管之间串联电阻 R 作为限流电阻。 时电路原理 校时电路是数字钟不可缺少的部分，每当数字钟与实际时间不符时，需要根据标准时间进行校时。 别是时校正、分校正开关。不校正时， 关是闭和的。当校正时位时，需要把 关打开，然后用手拨动 关，来回拨动一次，就能使时位增加 1，根据需要去拨动开关的次数，校正完毕后把 关闭 上。校正分位时和校正时位的 7 方法一样。其电路图如下 : 第二部分 设计方案 体设计方案说明 美国 司生产的低电压、高性能 位 单片机 ，片内含 2k 可反复擦写的只读程序存储器（ 128随机数据存储器（ 器件采用 司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 储单元， 片机在电子类产品中有广泛的应用。 3 . 3 k &至 时 个 位 计 数 器&至 分 个 位 计 数 器& & &1 1分十位进 位 脉 冲秒十位进 位 脉 冲3 . 3 k 0 1 0 1 脉 冲 5V 8 数字电子钟是用数字电路实现“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置，主要由振荡器、分频器、计数器、译码显示器、校时电路等部分组成。而数字钟想准确的计时则是由振荡器产生的时脉冲送到分频器，分频电路将时标信号分成每秒一次的方波信号。秒脉冲发生器产生频率稳定很高的秒脉冲，秒脉冲被送到一个六十进制秒计数器计数，将计数结果送至秒个位和十位译码器，译码结果分别由两只七段数码管以十进制 数形式显示来。当秒六十进制计数器累计到第 59 秒时，若再来一个秒脉冲，秒计数器的进位输出就产生进位脉冲（分计数脉冲），同时，秒计数器的十位和个位都复位到零。分计数脉冲又被送到分六十进制计数器计数，经译码电路译码后数码管显示相应的分数。当计满 59 分 59 秒时，若再来一个秒脉冲，则分计数器便向时计数器送出时计数脉冲，同时，分、秒计数器均复位到零。时计数器是一个二十四进制计数器，当计数显示 23 时 59 分 59 秒时，若再来一个秒脉冲，则时、分、秒计数器都应回到零，并显示（ 00:00:00）表示已到达午夜零点，第二天开始继续 计数。其主要的功能模块如图 2示。 能使用说明； 1、功能按键说明： 功能选择按键， 功能扩展按键， 数值加一按键。 2、功能及操作说明： 操作时，连续短时间 (小于 1 秒 )按动 可在以上的 6 个功能中连续循环。中途如果长按 (大于 2 秒 )立即回到时钟功能的状态。 1）时钟功能：上电后即显示 10： 10： 00 ，寓意十全十美。 2）校时功能：短按一次 当前时间和冒号为闪烁状态，按动 小时位加 1，按动 分钟位加 1，秒时不可调 。 3）闹钟功能：短按二次 示状态为 22： 10： 00，冒号为长亮。按动 小时位加 1，按动 分钟位加 1，秒时不可调。当按动小时位超过 23 时则会显示 个表示关闭闹钟功能。闹铃声为蜂鸣器长鸣 3 秒钟。 4）倒计时功能：短按三次 示状态为 0，冒号为长灭。按动 从低位依此显示高位，按动 相应位加 1，当 到第 6 次时会在所设定的时间状态下开始倒计时，再次按动 再次进入调整功能，并且停止倒计时。 5）秒表功能：短按四次 示状态为 00： 00： 00，冒 号为长亮。按动 开始秒表计时，再次按动 停止计时，当停止计时的时候按动 秒表清零。 6）计数器功能：短按五次 示状态为 00： 00： 00，冒号为长灭，按动 计数器加 1，按动 计数器清零。 9 块结构与方框图 如图（ 5） 图（ 5） 软件系统结构方框图 位电路原理 片机的复位是由外部的复位电路来实现的。复位引脚 过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的 密特触发器的输出电平由复位电路采样一 次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。 上电复位电路是 种简单的复位电路，只要在 位引脚接一个电容到 一个电阻到地就可以了。上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到 位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号随着 电容的充电过程而回落，所以 脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。为了保证系统安全可靠的复位， 脚的高电平信号必须维持足够长的时间。 图 4位电路 10 上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要 上升时间不超 过1可以实现自动上电复位。 钟电路 时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊的一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式：一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。本文用的是内部时钟方式。 片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片引脚 出端为引脚 两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就 构成一个稳定的自激振荡器。 第三部分 软件设计与安装调试 件任务与安装调试 件流程与任务 软件任务分析 软件任务分析和硬件电路设计结合进行，哪些功能由硬件完成，哪些任务由软件完成，在硬件电路设计基本定型后，也就基本上决定下来了 9。 软件任务分析环节是为软件设计做一个总体规划。从软件的功能来看可分为两大类：一类是执行软件，它能完成各种实质性的功能，如测量，计算，显示，打印，输出控制和 11 通信等，另一类是监控软件，它是专门用来协调各执行模块和操作者的关系，在系统软件中充当组织调度角色的软件。这两类 软件的设计方法各有特色，执行软件的设计偏重算法效率，与硬件关系密切，千变万化。 软件任务分析时，应将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义（输入输出定义）。在各执行模块进行定义时，将要牵扯到的数据结构和数据类型问题也一并规划好。 各执行模块规划好后，就可以监控程序了。首先根据系统功能和键盘设置选择一种最适合的监控程序结构。相对来讲，执行模块任务明确单纯，比较容易编程，而监控程序较易出问题。这如同当一名操作工人比较容易，而当一个厂长就比较难了。 软件任务分析的另一个内容是如何安排监控软件 和各执行模块。整个系统软件可分为后台程序（背景程序）和前台程序。后台程序指主程序及其调用的子程序，这类程序对实时性要求不是太高，延误几十 至几百 没关系，故通常将监控程序（键盘解释程序），显示程序和打印程序等与操作者打交道的程序放在后台程序中执行；而前台程序安排一些实时性要求较高的内容，如定时系统和外部中断（如掉电中断）。也可以将全部程序均安排在前台，后台程序为“使系统进入睡眠状态”，以利于系统节电和抗干扰。 软件流程图 图 5序设计流程图 12 程序里先定义两个中断定 时器 个作为秒记数用 ,另一个做为调整时闪烁用。编程时先将 3口数据清零 ,然后 3口作动态扫描显示 ,由于人的眼睛有延迟性 ,当扫描频率非常高时人就感觉数码管一直亮着 ,而同时记数器在遵循时间的变化方式执行着秒到了 60 分加一，分到了 60 小时加一，小时到了 24 就归零。 为时间调整按钮当长按按住 2 秒以上进入校准时间状态及换档和退出，快速点触用于调节时间数值 ,归零是复位按钮。 装与调试 安装、焊接元件到电路板上 按照先低后高，先小后大，先卧式后立式的顺序，正确插入元件，其高低、极性要符合 规定。 先安装、焊接跳线机及电阻，用电阻多余的脚做跳线，电阻引脚不分正负，焊接时间最好控制在 2。 接瓷片电容。瓷片电容部分正负极。 接轻触开关 接三极管。三极管的外形基本一样，注意分青，且方向要和电路板上的方向一致。 接 12振。晶振没有正负极。 接电解电容，装的时候要躺着安装，立着会影响发光二极管的显示不整齐。 接 20 脚 座，从用一小缺口或小圆点标记的地方以逆时针数依次为 1装时要注意 缺口和电路上的缺口相一致。 20 只引脚都插到位后，先用手指按住，固定对角两只引脚，防止插入的引脚掉出来，再把板放到桌面上把剩下的引脚焊好。焊好后不要急于插入单片机芯片，因为还有其他元件焊接，防止电烙铁带静电击坏单片机芯片。 接蜂鸣器。 接 普通二极管一样，有正负极之分，不能装错。 安装、焊接数码管。认识数码管内部结构。 13 件清单 序号 名称 规格 位号 数量 序号 名称 规格 位号 数量 1 单片机 1 1 13 三极管 9012 2 三端集成稳压 782 1 14 电阻 220 3 2位共阳数码 管 红色 15 1K 15 7 4 发光二极管 红色 3 16 2K 5 蜂鸣器 5V 有源 17 16 1 6 瓷片电容 302、 18 10K 7 4、 19 按键 6*6*5 8 2 位排针 间距 1 20 电池盒 4节 5号 1 9 集成电路插座 20P 21 座 1 14 10 电解电容 101 1 22 电源线 双色 2P 带热缩管 1 11 1006 1 23 电路板 105*55 1 12 晶振 121 1 24 说明书 面 1 第五部分 课程设计总结（心得体会） 经过大量查找资料和老师的不断指点，我将所设计的六位数码管电子钟焊接成功，虽然不是很稳定， 但在这个过程中，我了解了各个元器件的识别与测量，也了解了 时明白了六位数码管电子钟的工作原理并实现了其功能。 本程序设计时，只用了一个定时器 他的中断全部关断，定时器工作在两个 8位自动加载初始值状态。简短的定时中断程序只负责时间的计数和进位功能，这是保证走时精确。有三个轻触式按键： 功能选择按键 能扩展按键 值加一按键 此数字钟采用了一只 通过这次的毕业设计，我对自己的动手能力有了信心。面临着就业，我将充分发挥 我的主观能动性和在学校学到的一切知识。为母校添砖加瓦，为自己的前程奋斗！这次毕业设计的顺利进行，我深刻明白了理论知识与社会实践相结合的道理，从总得到了以前书本知识所不曾得到的知识。更加明白了如今信息时代电子技能知识的重要性。增强了我对实际工艺技术、电子技术和设备技术等方面的认识，掌握了分析处理方法，调试、计算等基本技能的训练，并具备了一定程度的实际工作能力。 第六部分 参考文献 程序主要代码： #0=0 ,; ,; 0,0,; 2,0,; 15 ,; ,; t) i,j; i=0;i=199) ; ; if(60) ; ; if(60) ; ; if(24); if(& & 99 & (0|0|0) 16 ; if(60) 9; if(60) 9; if(100) 9; if(0&0&0&5000) 4000; if(1) ; if(2) ; ; if(100) ; ; if(60) ; ; if(60) ; x